机械工程测试技术基础(第3版)-总复课件.pptx

1、总复习第一节第一节 信号信号的分类的分类与描述与描述第二节第二节 周期信号与离周期信号与离散频谱散频谱第三节第三节 非周期信号非周期信号与连续频谱瞬变与连续频谱瞬变第四节第四节 随机信号随机信号第一章第一章 信号及其描述信号及其描述 可以用明确数学关系式描述的信号称为确定可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。性信号。一、信号的分类一、信号的分类2)2)非确定性信号非确定性信号 不能用数学式描述，其幅值、相位变化不可预不能用数学式描述，其幅值、相位变化不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。知，所描述

2、物理现象是一种随机过程。噪声信号噪声信号(平稳平稳)统计特性变异统计特性变异噪声信号噪声信号(非平稳非平稳)！信号频谱信号频谱X(f)X(f)代表了代表了信号在不同频率分量成分信号在不同频率分量成分的大小，能够提供比时域的大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信号波形更直观，丰富的信息。信息。时域分析与频域分析的关系时域分析与频域分析的关系时间时间 幅值幅值 频率频率 时域分析时域分析 频域分析频域分析 理论依据是傅里叶展开式理论依据是傅里叶展开式关于其它信号的频谱分布关于其它信号的频谱分布情况可以参看情况可以参看 P21的的表表1-1方波信号的时域和频域的描述方波信号的时域和频域的描述一

3、、傅立叶级数的三角函数展开式一、傅立叶级数的三角函数展开式 在有限的区间上，凡满足狄里赫利条件的周期在有限的区间上，凡满足狄里赫利条件的周期函数（信号）可以展开成傅立叶级数。函数（信号）可以展开成傅立叶级数。10sin0cos0ntnnbtnnaatxn可以合并成两种样式可以合并成两种样式 ,3,2,1n 100sinnnntnAatx 000cosnntnAatx22nnnbaAnnnbatgnnnabtg且有22nnnbaA注意此二注意此二式的区别式的区别且有*算例：求右图周期性三角波的傅立叶级数算例：求右图周期性三角波的傅立叶级数解：在解：在x(t)的一个周期中可表示为的一个周期中可表示

4、为X(t)t tTAAtTAAtx0022020tT200Tt 常值分量常值分量 2200001TTdttxTa22220000AdttTAATTP 22-23二、傅立叶级数的复指数函数展开式二、傅立叶级数的复指数函数展开式 dtetxTnctjnTT0020201在数学里可在数学里可以有证明，以有证明，也可以依据也可以依据欧拉公式从欧拉公式从（1-7）式）式变化过来，变化过来，P23傅里叶级数的复数表达形式：傅里叶级数的复数表达形式：,.)2,1,0()(0neCtxntjnn其中其中傅立叶级数傅立叶级数 复指数函数形式复指数函数形式n根据欧拉公式：根据欧拉公式：有有 1sincosjtjt

5、tjetjetjet21costjtjeejt21sin 10002121ntjnnntjnnnejbaejbaatxP23（1-10）！实频谱、虚频谱实频谱、虚频谱余弦函数余弦函数正弦函数正弦函数！当当 趋于无穷趋于无穷 时，频率间隔时，频率间隔 成为成为 ，离散谱中相邻的谱线紧靠在一起，离散谱中相邻的谱线紧靠在一起，成为连续变成为连续变量量 ，求和符号，求和符号 就变为积分符号就变为积分符号 ，则，则0Td0n dedtetxedtetxdtjtjtjtj212这就是傅立叶积分这就是傅立叶积分 tx002T由于由于二、傅立叶变换的主要性质二、傅立叶变换的主要性质(P 30)熟悉傅立叶变换的

6、性质的重要意义熟悉傅立叶变换的性质的重要意义简化作用简化作用,推广于复杂复杂情况！推广于复杂复杂情况！第2章 测试装置的基本特性2.1 概述2.2 测试装置的静态特性2.3 测试装置动态特性的数学描述2.4 测试装置对任意输入的响应2.5 实现不失真测试的条件2.6 测试装置动态特性的测试 设：输入量设：输入量x(t)x(t)、装置（系统）的传输特性、装置（系统）的传输特性h(t)h(t)和和输出量输出量y(t)y(t)三者之间的关系。如图：三者之间的关系。如图：1 1）如果）如果x(t)x(t)、y(t)y(t)可以观察可以观察(已知已知)，则可推断，则可推断h(t)h(t)。2 2）如果）

7、如果h(t)h(t)已知，已知，y(t)y(t)可测，则可推断可测，则可推断x(t)x(t)。3 3）如果）如果x(t)x(t)和和h(t)h(t)已知，则可推断和估计已知，则可推断和估计y(t)y(t)。输入(激励)输出(响应)系统x(t)X(s)X()y(t)Y(s)Y()h(t)H(s)H()3.测量装置的动态特性测量装置的动态特性)()(0)(1)(1)(0)(1)(1)(1111txbbbbtyaaaadttdxdttxdmdttxdmdttdydttydndttydnmmmmnnnn 可用微分方程可用微分方程来描述传递函数：传递函数：描述系统动态特性描述系统动态特性()H s传递函

8、数的传递函数的定义：定义：x(t)、y(t)及其各阶导数的及其各阶导数的初始值为零，初始值为零，系统输出信号的拉普拉斯变系统输出信号的拉普拉斯变换换(拉氏变换拉氏变换)与输入信号的拉氏变换之比与输入信号的拉氏变换之比，记为记为 式中式中 s为拉氏变换算子为拉氏变换算子:和和 皆为实变量皆为实变量()()()Y sH sX s0()()stY sy t edt0()()stX sx t edt,0,sj 复变数拉氏变换拉氏变换线性系统及其主要性质线性系统及其主要性质 如以如以x(t)y(t)x(t)y(t)表示上述系统的输入、输出的对应表示上述系统的输入、输出的对应关系，则时不变线性系统具有以下

9、一些主要关系，则时不变线性系统具有以下一些主要性质性质。1 1）叠加原理叠加原理 几个输入所产生的总输出是各个几个输入所产生的总输出是各个输入所产生的输出叠加的结果。即若输入所产生的输出叠加的结果。即若 则则 )()(11tytx)()(22tytx)()()()(2121tytytxtx符合叠加原理，意味着作用于线性系统的各个输入符合叠加原理，意味着作用于线性系统的各个输入所产生的输出是互不影响的。所产生的输出是互不影响的。（1）幅频特性、相频特性和频率响应函数）幅频特性、相频特性和频率响应函数定常线性系统在简谐信号的激励下，系统的频率特性：定常线性系统在简谐信号的激励下，系统的频率特性：幅

10、频特性：稳态输出信号和输入信号的幅值比。记为幅频特性：稳态输出信号和输入信号的幅值比。记为 A()。相频特性：稳态输出对输入的相位差。记为相频特性：稳态输出对输入的相位差。记为 。jeAH)()(XYA XY 频响函数的含义是一系统对输入与输出皆为正弦信号频响函数的含义是一系统对输入与输出皆为正弦信号传递关系的描述。它反映了系统稳态输出与输入之间传递关系的描述。它反映了系统稳态输出与输入之间的关系，也称为正弦传递函数的关系，也称为正弦传递函数()22,()()()()()()()()I()()()arctan()jememmeAeH jRjIAH jRIH jR 其中：幅频特性，相频特性H(j

11、)一般为复数，写成实部和虚部的形式：A（3）幅、相频率特性和其图象描述a.幅频、相频图3、脉冲响应函数、脉冲响应函数若输入为单位脉冲，即若输入为单位脉冲，即 x(t)=(t),则则 X(s)=L(t)=1。装置的相应输出装置的相应输出 Y(s)=H(s)X(s)=H(s),其时域描述可通过对其时域描述可通过对Y(s)的拉普拉斯反变换得到的拉普拉斯反变换得到h(t)常称为系统的脉冲响应函数或权函数。常称为系统的脉冲响应函数或权函数。)()()(1thsHLty拉普拉斯变换拉普拉斯变换符号符号)()()(sXsYsH4、环节的串联和并联两个传递函数各为 和 的环节，串联时系统的传递函数H(s)在初

12、始条件为零时为：对几个环节串联组成的系统，有)(1sH)(2sH)()()(21)()()()()()(sHsHsHsZsYsXsZsXsYniisHsH1)()(Y(s)H(s)X(s)Z(s)H(s)H(s)12二、一阶、二阶系统的特性二、一阶、二阶系统的特性 1.一阶系统一阶系统1）方程方程 如图，装置分属于力学、电学范畴，但均属于一如图，装置分属于力学、电学范畴，但均属于一阶系统，均可用一阶微分方程来描述。阶系统，均可用一阶微分方程来描述。txbtyaadttdy001RCx(t)y(t)kcy(t)(位移）x(t)(力）一般形式的一阶微分方程为一般形式的一阶微分方程为电学力学j2=-

13、1二阶装置的动态特性二阶装置的动态特性 实部实部虚部虚部第四章 信号调理和记录调制器x(t)y(t)tftxtxm02cos tftxtxm02cos 0cos2y tf t x t乘法器低通2、调幅信号的解调方法（1）同步解调把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域图形将再一次进行“偏移”。若用一个低通滤波器滤去中心频率为 的高频成分，那么将可以复现原信号的频谱（幅值减小为一半），这一过程称为同步解调“同步”指解调时所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位。02f载波y(t)调幅波x(t)fxm幅度调制与解调过程（频谱分析）幅度调制与解调过程（频谱分析）乘法乘法器器放大放大器器x(t)y

14、(t)x m(t)乘法乘法器器y(t)Y(f)X(f)ym(t)2f0-2f0Ym(f)Xm(f)Y(f)f0-f0X(f)/2低通滤波低通滤波 若对信号若对信号x(t)x(t)进行偏置，叠加一个直流分量进行偏置，叠加一个直流分量D D，使偏置后的信号都具有正电压。使偏置后的信号都具有正电压。)tfcos()t(x)tfcos()t(x)t(xm002+A=2=)t(x)t(x+A=)(tx4.3 滤波器滤波器一、概述一、概述 测量中我们经常会得到一些我们不想测量中我们经常会得到一些我们不想要的信号，这些信号和我们想要的信号混要的信号，这些信号和我们想要的信号混合在一起，非常令人头痛。要想去掉

15、这些合在一起，非常令人头痛。要想去掉这些信号，必须使用滤波器信号，必须使用滤波器这个变化缓慢这个变化缓慢的信号就是我的信号就是我们不想要的们不想要的滤波之后滤波之后 滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分1)作用作用：选频作用选频作用 进行频谱分析进行频谱分析 滤除干扰噪声滤除干扰噪声2)分类分类 低通滤波器低通滤波器按选频作用分按选频作用分 高通滤波器高通滤波器 带通滤波器带通滤波器 带阻滤波器带阻滤波器 1.理想滤波器理想滤波器若滤波器的频率响应若滤波器的频率响应H(f)满足条

16、件满足条件则称为理想滤波器。则称为理想滤波器。0020ftjeAfHcff 其它二、滤波器性能分析二、滤波器性能分析符合？条件符合？条件f00f(f)fH0Acfcf02 tcfcf三、实际滤波特性三、实际滤波特性（一）基本参数（一）基本参数1、纹波幅度、纹波幅度d(或或 ）2、截止频率、截止频率 幅频特性值幅频特性值 等于等于 或等于或等于-3dB带宽所对应的频率带宽所对应的频率。2/0Ad 2/0AA(f)fff0c1c2.dd0A20A最大峰值与最小最大峰值与最小峰谷的中点峰谷的中点3、中心频率f0:定义中心频率为带通滤波器两截止频率的几何平均，即：1200122ccccffffffA(

17、f)fff0c1c2.dd0A20A最大峰值与最小峰谷的中点 4、带宽、带宽B和品质因数和品质因数Q值值 上下两截止频率之间的频率上下两截止频率之间的频率范围称为滤波器带宽范围称为滤波器带宽B。中心频率中心频率 和带宽和带宽B之比称之比称为滤波器的品质因数为滤波器的品质因数Q，即，即 Q=f0/B515、倍频程选择性、倍频程选择性 倍频程选择性是指在上截止频率倍频程选择性是指在上截止频率 与与 之间，之间，或者在下截止频率或者在下截止频率 与与 之间幅频特性的衰减之间幅频特性的衰减量。衰减快，倍频程选择性好。量。衰减快，倍频程选择性好。2cf22cf1cf2/1cf常用 0f第五章的内容才讲过

18、几天，不再复习第五章的内容才讲过几天，不再复习树立质量法制观念、提高全员质量意识。22.10.622.10.6Thursday,October 06,2022人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。2:28:302:28:302:2810/6/2022 2:28:30 AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦绷。22.10.62:28:302:28Oct-226-Oct-22加强交通建设管理，确保工程建设质量。2:28:302:28:302:28Thursday,October 06,2022安全在于心细，事故出在麻痹。22.10.622.10.62:28:302:28:30October 6

19、,2022踏实肯干，努力奋斗。2022年10月6日上午2时28分22.10.622.10.6追求至善凭技术开拓市场，凭管理增创效益，凭服务树立形象。2022年10月6日星期四上午2时28分30秒2:28:3022.10.6严格把控质量关，让生产更加有保障。2022年10月上午2时28分22.10.62:28October 6,2022作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2022年10月6日星期四2时28分30秒2:28:306 October 2022好的事情马上就会到来，一切都是最好的安排。上午2时28分30秒上午2时28分2:28:3022.10.6专注今天，好好努力，剩下的交给时间。22.10.622.10.62:282:28:302:28:30Oct-22牢记安全之责，善谋安全之策，力务安全之实。2022年10月6日星期四2时28分30秒Thursday,October 06,2022相信相信得力量。22.10.62022年10月6日星期四2时28分30秒22.10.6谢谢大家！谢谢大家！